JP6804985B2 - Low nickel, multi-layer laminated composite - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本出願は、その開示が参考として本明細書において依拠されて援用される、2014年6月4日に出願された特許仮出願第62/007,679号の優先権を主張する。
Cross-reference to related applications This application claims the priority of Patent Provisional Application No. 62 / 007,679 filed on June 4, 2014, the disclosure of which is incorporated herein by reference. To do.
本発明は、複数層の特定の金属または金属合金を有する積層複合体に関する。積層複合体は少なくとも、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、市販の銅及び銅合金などの、低電気抵抗率特性を有する第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、ならびに、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層を含む。 The present invention relates to a laminated composite having multiple layers of a particular metal or metal alloy. The laminated composite is at least a first metal layer with good solderability, such as commercially available nickel or nickel alloys, a second metal layer with good resistance weldability, such as commercially available steel or stainless steel. A third metal layer with low electrical resistance properties, such as commercially available copper and copper alloys, a fourth metal layer with good resistance weldability, such as commercially available steel or stainless steel, and commercially available nickel or Includes a fifth metal layer with good solderability, such as a nickel alloy.
従来、電池パック内の個別の電池間の電気接続は通常、市販のニッケル金属ストリップを用いて行われていた。ニッケルは、複数の利点により、電池パック内の個別の電池間の電気接続として利用するための一般的な材料である。ニッケルストリップの利点として、良好な耐食性、抵抗溶接性、及び低電気抵抗率、スポット溶接による良好な接合性、及び良好な端子接続のためのはんだ付け性が挙げられる。また、リチウムイオン電池の低電力「エネルギー」セクター(例えば、ノートブック型パーソナルコンピュータ、携帯電話、タブレット、デジタルカメラなど)における利用に関して、純ニッケルの伝導特性は電池パックの有害な発熱を最低限に抑えるのに十分なものである。 Traditionally, electrical connections between individual batteries in a battery pack have typically been made using commercially available nickel metal strips. Nickel is a common material for use as an electrical connection between individual batteries in a battery pack due to multiple advantages. Advantages of nickel strips include good corrosion resistance, resistance weldability, and low resistivity, good bondability by spot welding, and solderability for good terminal connection. Also, for use in the low power "energy" sector of lithium-ion batteries (eg notebook personal computers, mobile phones, tablets, digital cameras, etc.), the conduction properties of pure nickel minimize the harmful heat generation of the battery pack. It's enough to hold back.
しかし、より高い電力応用が進化するにつれて(例えば、E−バイク、電気自動車、及びエネルギー貯蔵)、電池性能及び安全性を低下させる可能性がある抵抗発熱を最小限に抑えるために、より伝導接続性の高い材料が必要とされているのは明らかである。電気及び熱フローをより小さい断面積に集中させ、かつ多数のセルがその断面積における累積的加熱効果の一因となるバス接続における必要性が特に重要である。例えば、エネルギー貯蔵応用におけるセルの数は、個別のセル20,000個を越える場合がある。 However, as higher power applications evolve (eg, E-bikes, electric vehicles, and energy storage), more conductive connections are used to minimize resistance heat generation, which can reduce battery performance and safety. It is clear that high quality materials are needed. Of particular importance is the need for bus connections that concentrate electrical and heat flows on a smaller cross-sectional area and that multiple cells contribute to the cumulative heating effect in that cross-sectional area. For example, the number of cells in an energy storage application can exceed 20,000 individual cells.
また、市場において、ニッケル金属商品市場への感応度が低いより低コストの接続材料を開発することが望ましい。その結果として、電気伝導、熱伝導、溶接性、はんだ付け性、強度、及び成形性の有益な特性を維持しながら、または超えながら、全体のニッケル含有量がより低い材料を開発することが望ましい。 It is also desirable to develop lower cost connecting materials in the market that are less sensitive to the nickel metal commodities market. As a result, it is desirable to develop materials with a lower overall nickel content while maintaining or exceeding the beneficial properties of electrical, thermal, weldability, solderability, strength, and moldability. ..
「solderability(はんだ付け性)」という用語は、金属基板が溶融はんだによって湿潤される能力として定義される。良好な抵抗溶接性は、溶着される2つのシステムの特性によって特徴付けられる。熱的性質及び融解特性を両立するシステムを有すること、ならびに、2つのシステムを溶接した結果、有害なまたは脆い金属相が形成されないことが有利である。「electrical resistivity(電気抵抗率)」(電気伝導の逆)は、材料特性としての電流フローに対する材料抵抗の基準である。材料抵抗は、通電断面積を考慮すると、容易に電気抵抗へと変換される。 The term "solderability" is defined as the ability of a metal substrate to be wetted by hot solder. Good resistance weldability is characterized by the characteristics of the two systems to be welded. It is advantageous to have a system that has both thermal and melting properties, and that the welding of the two systems does not result in the formation of harmful or brittle metallic phases. "Electrical resistivity" (the reverse of electrical conductivity) is a measure of material resistance to current flow as a material property. Material resistance is easily converted to electrical resistance, considering the current-carrying cross-sectional area.
「bond(接合)」という用語は、冶金的接合による金属層の接着または接合を含む。この接合を形成するための技術は、ロール圧接(冷間または温間)、溶接、爆着、拡散接合、電着、接着、及び当業者によって知られる他の技術を含む従来のプロセスを含む。 The term "bond" includes bonding or joining metal layers by metallurgical joining. Techniques for forming this bond include conventional processes including roll pressure welding (cold or warm), welding, explosive welding, diffusion welding, electrodeposition, bonding, and other techniques known to those of skill in the art.
特に軟質銅のより高い厚さ分に関して、軟質銅が2つのより強い合金に挟まれた積層複合体またはシステムのロール圧接には、課題が存在する。主要な問題は、特性の不整合をもたらす、より強い外層の厚さにおけるサイクル変化である。このような課題により、以前は電池パックにおける個別のセル間の電気接続のための優れた伝導性システムの導入が制限されていた。当業者にとって、より厚い銅層、ならびにより高い電気伝導性及び熱伝導性を有するシステムが望ましい。工業用純ニッケルの一例は、UNS N02201展伸金属ストリップである。「金属及び合金用統一番号システム(Unified Numbering System)」の略であるUNSは、金属を体系的に指定するものである。元素状ニッケルの価格は極めて不安定であるため、従来のニッケルシステムと同等の性能を有する低ニッケル、多層積層体を開発することが極めて望ましい。 There is a problem with roll pressure welding of laminated composites or systems in which soft copper is sandwiched between two stronger alloys, especially with respect to the higher thickness of soft copper. The main problem is the cycle change in the stronger outer layer thickness, which results in a property mismatch. These challenges have previously limited the introduction of good conductive systems for electrical connections between individual cells in battery packs. For those skilled in the art, thicker copper layers and systems with higher electrical and thermal conductivity are desirable. An example of industrial pure nickel is UNS N02201 wrought metal strip. UNS, which is an abbreviation for "Unified Numbering System for Metals and Alloys", systematically specifies metals. Since the price of elemental nickel is extremely unstable, it is highly desirable to develop a low-nickel, multilayer laminate with performance equivalent to that of conventional nickel systems.
既知の実施形態よりも特性が改善された複数層の積層複合体またはシステムが本明細書中に記載されている。複数層の積層複合体は、少なくとも、市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、市販の銅及び銅合金などの、低電気抵抗率特性を有する第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼などの、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、及び市販のニッケルまたはニッケル合金などの、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層を含む。 Multi-layered laminated complexes or systems with improved properties over known embodiments are described herein. The multi-layer laminated composite has at least a first metal layer having good solderability, such as commercially available nickel or nickel alloys, and a second having good resistance weldability, such as commercially available steel or stainless steel. Metal layer, a third metal layer with low electrical resistance characteristics such as commercially available copper and copper alloys, a fourth metal layer with good resistance weldability such as commercially available steel or stainless steel, and commercially available Contains a fifth metal layer with good solderability, such as nickel or nickel alloys.
より具体的には、市販のニッケルまたはニッケル合金からなる第1の金属合金、市販の鋼またはステンレス鋼からなる第2の金属合金、市販の銅及び銅合金からなる第3の金属層、市販の鋼またはステンレス鋼からなる第4の金属層、及び市販のニッケルまたはニッケル合金からなる第5の金属層を備える複数層の積層複合体。 More specifically, a first metal alloy made of commercially available nickel or nickel alloy, a second metal alloy made of commercially available steel or stainless steel, a third metal layer made of commercially available copper and copper alloy, commercially available. A multi-layer laminated composite comprising a fourth metal layer made of steel or stainless steel and a fifth metal layer made of a commercially available nickel or nickel alloy.
このように本発明は、以下からなる複数層の積層複合体を含む。
市販のニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層、
市販の鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層、
市販の銅または銅合金から選択された、低電気抵抗率を有する第3の金属層、
市販の鋼またはステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層、
市販のニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層。
As described above, the present invention includes a multi-layer laminated composite composed of the following.
A first metal layer with good solderability, selected from commercially available nickel or nickel alloys.
A second metal layer with good resistance weldability, selected from commercially available steel or stainless steel.
A third metal layer with low electrical resistivity, selected from commercially available copper or copper alloys,
A fourth metal layer with good resistance weldability, selected from commercially available steel or stainless steel.
A fifth metal layer with good solderability, selected from commercially available nickel or nickel alloys.
本発明のこれらの態様及び他の態様は、詳細な説明及び図面を読んで理解することから実現することができる。 These and other aspects of the invention can be realized by reading and understanding the detailed description and drawings.
低ニッケル、複数層の積層複合体またはシステム10が、本明細書に記載される。複数層の積層複合体10は、良好なはんだ付け性、良好な抵抗溶接性、及び低電気抵抗率特性を示す。積層複合体10は、参照により本明細書に組み込まれて依拠される米国特許出願公開第2009/0169918号に記載されるような、当技術分野で周知の「冷間」接合プロセスによって製造される。
Low nickel, multi-layer laminated composites or
複数層の積層複合体10の特定の組成が、図1に示す実施形態において示される。図1に示す実施形態は、5つの金属層を有する積層複合体10のためのものである。この五層の実施形態は、低電気抵抗率を有する金属または金属合金からなる中心層12を含む。示される実施形態では、所望の特性を実現するため、この中心層12は銅または銅合金からなる。中心層12は第1の側面及び第2の側面を有し、良好な抵抗溶接性を有する金属または金属合金の2つの中間層または内層14、16に挟まれている。第1の内層14は中心層12の第1の側面に当接して隣接し、また第2の内層16は中心層12の第2の側面に当接して隣接する。示される実施形態において、内層14、16のそれぞれは、鋼またはステンレス鋼からなる。組み合わせた中心10及び内層14、16は、良好なはんだ付け性を有する金属または金属合金の2つの外側の層または外部の層18、20にさらに挟まれる。示される実施形態において、外層18、20のそれぞれは、ニッケルまたはニッケル合金からなる。第1の外層18は第1の内層14に当接して隣接し、また第2の外層20は第2の内層16に当接して隣接する。
The particular composition of the multi-layer laminated
より具体的には、図1における実施形態を参照すると、以下の組み合わせ、または実質的に同様の組み合わせを有する積層複合体10は、所望の特性を有するように決定されている。
● 第1の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.5% N02201
■ 第2の層(14):31.5% S43000
■ 第3の層(12):34% C10200
■ 第4の層(16):31.5% S43000
■ 第5の層(20):1.5% N02201。
● 第2の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.4% N02201
■ 第2の層(14):28.6% S43000
■ 第3の層(12):40% C10200
■ 第4の層(16):28.6% S43000
■ 第5の層(20):1.4% N02201。
● 第3の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.6% N02201
■ 第2の層(14):32.4% S30403
■ 第3の層(12):32% C10200
■ 第4の層(16):32.4% S30403
■第5の層(20):1.6% N02201。
● 第4の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):1.3% N02201
■ 第2の層(14):27.7% S30403
■ 第3の層(12):42% C10200
■ 第4の層(16):27.7% S30403
■ 第5の層(20):1.3% N02201。
● 第5の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):0.85% N02201
■ 第2の層(14):17.65% S30403
■ 第3の層(12):63% C10200
■ 第4の層(16):17.65% S30403
■ 第5の層(20):0.85% N02201。
● 第6の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):0.3% N02201
■ 第2の層(14):8.2% S30403
■ 第3の層(12):83% C10200
■ 第4の層(16):8.2% S30403
■ 第5の層(20):0.3% N02201。
● 第7の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):8% N02201
■ 第2の層(14):32% S30403
■ 第3の層(12):20% C10200
■ 第4の層(16):32% S30403
■ 第5の層(20):8% N02201。
● 第8の五層の実施形態:
■ 第1の層(18):2.3% N02201
■ 第2の層(14):37.7% S30403
■ 第3の層(12):20% C10200
■ 第4の層(16):37.7% S30403
■ 第5の層(20):2.3% N02201。
More specifically, with reference to the embodiment in FIG. 1, the laminated
● Embodiment of the first five layers:
■ First layer (18): 1.5% N02201
■ Second layer (14): 31.5% S43000
■ Third layer (12): 34% C10200
■ Fourth layer (16): 31.5% S43000
■ Fifth layer (20): 1.5% N02201.
● Embodiment of the second five layers:
■ First layer (18): 1.4% N02201
■ Second layer (14): 28.6% S43000
■ Third layer (12): 40% C10200
■ Fourth layer (16): 28.6% S43000
■ Fifth layer (20): 1.4% N0221.
● Third five-layer embodiment:
■ First layer (18): 1.6% N02201
■ Second layer (14): 32.4% S30403
■ Third layer (12): 32% C10200
■ Fourth layer (16): 32.4% S30403
■ Fifth layer (20): 1.6% N0221.
● Embodiment of the fourth five layers:
■ First layer (18): 1.3% N02201
■ Second layer (14): 27.7% S30403
■ Third layer (12): 42% C10200
■ Fourth layer (16): 27.7% S30403
■ Fifth layer (20): 1.3% N02201.
● Embodiment of the fifth five layers:
■ First layer (18): 0.85% N02201
■ Second layer (14): 17.65% S30403
■ Third layer (12): 63% C10200
■ Fourth layer (16): 17.65% S30403
■ Fifth layer (20): 0.85% N02201.
● Embodiment of the sixth five layers:
■ First layer (18): 0.3% N02201
■ Second layer (14): 8.2% S30403
■ Third layer (12): 83% C10200
■ Fourth layer (16): 8.2% S30403
■ Fifth layer (20): 0.3% N02201.
● Embodiment of the 7th five layers:
■ First layer (18): 8% N02201
■ Second layer (14): 32% S30403
■ Third layer (12): 20% C10200
■ Fourth layer (16): 32% S30403
■ Fifth layer (20): 8% N0221.
● Eighth Five Layers Embodiment:
■ First layer (18): 2.3% N02201
■ Second layer (14): 37.7% S30403
■ Third layer (12): 20% C10200
■ Fourth layer (16): 37.7% S30403
■ Fifth layer (20): 2.3% N02201.
この五層の実施形態において、積層複合体10は、特により高電力応用にとって有利であり得る、ニッケルと比較してはるかに高い電気伝導性を維持すると予想される。例えば、34%C10200を有する上述の実施形態のための複合則モデルは、36.6%IACS(「国際軟銅規格」)の電気伝導に対応する28.4Ohms−Circ−Mil/Foot(0.047μohms−m)の抵抗率を示す。(ストリップ処理中の焼鈍のため)10%〜30%と予想される分解によって、25.6%IACS〜32.9%IACSの伝導性がもたらされることが予想される。実際の分解では、0.0118インチの仕上げ厚さの5.7%〜0.004インチの仕上げ厚さの11.5%で変化することが明らかにされている。
In this five-layer embodiment, the
積層複合体10のはんだ付け性試験は定性的である。抵抗溶接試験は定義上、個別の電池パック104(本明細書においてさらに説明されて、図6〜9において示される)間のエンドタブ110をアノード及びカソード蓋ならびに缶へ溶接する最終応用専用のものである。工学試験中に電気抵抗率/電気伝導が測定される。電気抵抗率は、17.1〜40Ohms−Circular−Mil/Footで変化しており、0.0285〜0.0664μohms−mの範囲と同等である。これは、60.4%IACS〜26%IACSの電気伝導に換算される。これらの伝導性は純ニッケル金属ストリップの範囲よりも優れている。電気抵抗率と電気伝導との間の換算を、図2の表に示す。 The solderability test of the laminated composite 10 is qualitative. The resistance welding test is, by definition, dedicated to the final application of welding the end tabs 110 between the individual battery packs 104 (further described herein and shown in FIGS. 6-9) to the anode and cathode lids and cans. is there. Electrical resistivity / electrical conduction is measured during engineering tests. The electrical resistivity varies from 17.1 to 40 Ohms-Circular-Mil / Foot, which is equivalent to the range of 0.0285 to 0.0664 μohms-m. This translates to electrical conductivity of 60.4% IACS to 26% IACS. These conductivity are better than the range of pure nickel metal strips. The conversion between electrical resistivity and electrical conductivity is shown in the table of FIG.
図1に示す第1の実施形態では、電気伝導が改良されるような方法で、五層の積層複合体10が接合される。この分析は、このような材料を用いた知見及び経験に基づく。特に電気伝導性の低下は、接合プロセス後に焼鈍温度が上昇することを特徴とする。製品がS30400ステンレス鋼層を焼鈍して応用のための好適な延性を提供することが重要である。しかしストリップ処理中の焼鈍によって、%IACS伝導性がわずかに低下することになる。例えば、第4の上述の実施形態(42% C10200)の積層複合体10の理論上の複合則モデルによって、43.1%IACS(「国際軟銅規格」)の電気伝導に対応する24.1Ohms−Circ−Mil/Foot(0.040μohms−m)の抵抗率がもたらされると予測される。ストリップ焼鈍からの伝導性がわずかに低下するため、ストリップ処理によって、0.005インチの仕上げ厚さにおいて35.2%IACS、また0.0098インチの厚さにおいて38.5%IACSの、実際の電気伝導性がもたらされた。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the five-layer laminated composite 10 is joined in such a way that electrical conduction is improved. This analysis is based on knowledge and experience with such materials. In particular, the decrease in electrical conductivity is characterized by an increase in annealing temperature after the joining process. It is important that the product anneals the S30400 stainless steel layer to provide suitable ductility for application. However, annealing during the stripping process will result in a slight decrease in% IACS conductivity. For example, according to the theoretical composite law model of the
本発明の他の態様は、以下による、積層複合体10の抵抗率の制御を含む:
1) 金属層システムの比、銅材料の特定の量を変化させること、
2) 合金材料、特に銅合金を変化させること、
3) 焼鈍温度の変化を利用して拡散混合を変えること。
後者の点に関しては、焼鈍温度を利用して電気伝導性をカスタマイズするために、図1に示す五層の実施形態を作成することができる。
Another aspect of the present invention includes controlling the resistivity of the laminated composite 10 by:
1) Changing the ratio of the metal layer system, a specific amount of copper material,
2) Changing alloy materials, especially copper alloys,
3) Change the diffusion mixture by utilizing the change in annealing temperature.
With respect to the latter point, a five-layer embodiment shown in FIG. 1 can be created to customize electrical conductivity using annealing temperature.
したがって、図1の実施形態に対応して、図10に示される層構成を有し、かつ以下の大きさの積層複合体10が製造されている。
● 1.5% N02201/31.5% S43000/34% C10200/31.5% S43000/1.5% N02201。
● 1.4% N02201/28.6% S43000/40% C10200/28.6% S43000/1.4% N02201。
● 1.6% N02201/32.4% S30403/32% C10200/32.4% S30403/1.6% N02201。
● 1.3% N02201/27.7% S30403/42% C10200/27.7% S30403/1.3% N02201。
● 0.85% N02201/17.65% S30403/63% C10200/17.65% S30403/0.85% N02201。
Therefore, corresponding to the embodiment of FIG. 1, a laminated composite 10 having the layer structure shown in FIG. 10 and having the following size is manufactured.
● 1.5% N02201 / 31.5% S43000 / 34% C10200 / 31.5% S43000 / 1.5% N02201.
● 1.4% N02201 / 28.6% S43000 / 40% C10200 / 28.6% S43000 / 1.4% N02201.
● 1.6% N0221 / 32.4% S30403 / 32% C10200 / 32.4% S30403 / 1.6% N02201.
● 1.3% N02201 / 27.7% S30403 / 42% C10200 / 27.7% S30403 / 1.3% N02201.
● 0.85% N02201 / 17.65% S30403 / 63% C10200 / 17.65% S30403 / 0.85% N02201.
本実施形態では、積層システム10は、様々な応用において、特により高い電力応用にとって有利であり得る、はるかに高い電気伝導を維持することが予想される。例えば、63% C10200を有する上記の第5の実施形態のための複合則モデルは、62.9%IACSの電気伝導に対応する、16.5Ohms−Circ−Mil/Foot(0.027μohms−m)の抵抗率を示す。ストリップ焼鈍からの伝導性がわずかに低下するため、ストリップ処理によって、0.015インチの仕上げ厚さにおける59.1%IACS、また0.020インチの厚さにおける60.4%IACSの実際の電気伝導性がもたらされた。
In this embodiment, the stacking
図7に示される値の表は、図1の五層の複合体の様々な実施形態のための%IACS伝導性、機械的特性、及び延性特性を提示し、またニッケル合金の一般特性(N02201、899M、及び899A)を提示する。特に、1/4硬質の硬度の当業界においてよく利用されるこれらの合金と比較して、同様の機械的特性をクラッド材10がニッケル合金に与えることが観察される。積層複合体10のクラッド材を用いると、従来のニッケル合金と比較して優れた電気伝導性が得られる。
The table of values shown in FIG. 7 presents% IACS conductivity, mechanical properties, and ductility properties for various embodiments of the five-layer composite of FIG. 1 and also general properties of nickel alloys (N02201). , 899M, and 899A). In particular, it is observed that the
上述の複数層の積層複合体10は、1つまたは複数のリチウムイオン電池セルを共に結合させるためのコネクタタブ200としての応用を含む様々な応用において利用されてもよい。積層複合体10から形成された「コネクタタブ」の溶接は、単一のパルス、交流電流(AC)、抵抗溶接機を用いて容易に実現される。分流、溶接突起、及び/または当技術分野で周知のステップ溶接プロセスの応用を回避するために、溶接にはスロットが用いられる。このプロセスによって生成された溶接部の強度は、引張強度の業界標準を満たすか、またはそれを超える。図3及び4を参照すると、リチウムイオンセル100は自然状態で円筒であり、これらのセル100間の接続は円筒状の電池セル100のエンドキャップ102に溶着されるコネクタタブ200を利用してもたらされる。これにより、多くの電池セル100を並行して接合して、図5及び6に示される、手動具、ラップトップ、及び小型機器に電力を供給するために利用されるような電池パック104、106(共に結合された複数のセル)の集合的な電圧を増大させることが可能になる。
The multi-layer laminated composite 10 described above may be used in a variety of applications, including as a
今日では、このような電池を接続するための最適な材料は、その電気及び接合性特性(溶接、はんだ付け)から、純ニッケルである。しかしニッケルの利用には様々な欠点がある。第1に、様々な応用にニッケルを利用するには高額な費用がかかる。第2に、ニッケルの欠点はその伝導性(またたは高い抵抗率)である。 Today, the best material for connecting such batteries is pure nickel because of its electrical and bondability properties (welding, soldering). However, the use of nickel has various drawbacks. First, the use of nickel for a variety of applications is expensive. Second, the drawback of nickel is its conductivity (or high resistivity).
図5に示す第1の電池応用において、市場ドライバが主なコストである場合に、小型の電池パック104では純ニッケルが利用される(ラップトップ、iPadのまたは電動工具の電池パックなど)。これらの応用は純ニッケルの伝導性のために、電力またはエネルギー損失にさほど敏感ではない。第2の電池応用は、より大きな電力モジュール106(e−バイク、バックアップ電池収納部、またはハイブリッド車の電池パック用のものなど)を表す。これらの応用に関して、高抵抗率、または低伝導性ニッケル合金は、これらのモジュールの主要な問題となる。高抵抗はエネルギー損失及び熱を意味する。この応用には、より優良かつ効果的な電流経路が必要となる。 In the first battery application shown in FIG. 5, pure nickel is utilized in the small battery pack 104 (such as a laptop, iPad or power tool battery pack) when the market driver is the main cost. These applications are less sensitive to power or energy loss due to the conductivity of pure nickel. The second battery application represents a larger power module 106 (such as for an e-bike, backup battery compartment, or battery pack for a hybrid vehicle). For these applications, high resistivity or low conductivity nickel alloys are a major issue for these modules. High resistance means energy loss and heat. This application requires a better and more effective current path.
この場合、積層複合体10は性能を損なうことなく利点を提示することができる。本明細書に記載の複数層の積層複合体10の実施形態は、銅比の修正または変更により、異なる伝導性クラッド材の郡を提供する。図5に示す小型の電池パックについては、純ニッケルと同じ伝導性を満たすが、より費用が低い積層複合体10が提供される。図6に示すような、より大型の電力モジュール106について、別の積層複合体10は1.0〜4倍の純ニッケルの伝導性を与えられる。これらの高伝導性積層複合体は、0.3%〜8.0%のニッケル、20%〜83%の銅、及び残りのステンレスによって実現される。当業者には、0.3%〜2.0%のニッケルが、はんだ付け性、電気伝導、及び耐食性の優良な特性を提供することが明らかにされている。より高い伝導性はより低い抵抗率を意味し、それらは反比例する。これによりエネルギー効率性が改善され、熱損失が低くなる。
In this case, the laminated composite 10 can offer advantages without compromising performance. Embodiments of the multi-layer laminated composite 10 described herein provide different groups of conductive clad materials by modifying or changing the copper ratio. For the small battery pack shown in FIG. 5, a laminated composite 10 that meets the same conductivity as pure nickel but is less expensive is provided. For the
積層複合体10のこれらのクラッド設計の全てに関する重要な特徴は、溶接可能かつはんだ付け可能でなくてはならないということである。外側のニッケル層には、良好なはんだ付け性及び耐食性が与えられる。ステンレス鋼の層は良好な溶接可能な構造を提示し、銅は伝導性を求める市場のニーズを満たすように調整することができる。
An important feature of all of these clad designs for the
このように、金属複合材料を生成するための方法の例示的な実施形態について説明したが、本開示は例示的なものにすぎず、かつ様々な他の変更、改変、及び修正が開示の範囲内で加えられてもよいことを当業者には留意されたい。したがって、本発明は本明細書に示されるような特定の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
Thus, although exemplary embodiments of methods for producing metal composites have been described, the present disclosure is merely exemplary and various other modifications, modifications, and modifications are within the scope of the disclosure. Those skilled in the art should note that they may be added within. Therefore, the present invention is not limited to a specific embodiment as shown in the present specification, but is limited only by the following claims.
Claims (14)
ニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第1の金属層と、
ステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第2の金属層と、
銅または銅合金から選択された、低電気抵抗率を有する第3の金属層と、
ステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する第4の金属層と、
ニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第5の金属層と、
を備え、前記金属積層複合体の伝導性が32.4%IACS〜60.4%IACSの範囲であることを特徴とする金属積層複合体。 In the metal laminated composite
A first metal layer with good solderability, selected from nickel or nickel alloys,
A second metal layer with good resistance weldability selected from stainless steel,
A third metal layer with low electrical resistivity, selected from copper or copper alloys,
A fourth metal layer with good resistance weldability selected from stainless steel,
A fifth metal layer with good solderability, selected from nickel or nickel alloys,
The provided metal laminated composite, wherein the conductivity of the metal laminated composite is in the range of 32.4% IACS~60.4% IACS.
前記第2の金属層が容積において前記金属積層複合体の8.2%〜32%を構成し、
前記第3の金属層が容積において前記金属積層複合体の20%〜83%を構成し、
前記第4の金属層が容積において前記金属積層複合体の8.2%〜32%を構成し、
前記第5の金属層が容積において前記金属積層複合体の0.3%〜8%を構成する、請求項1に記載の金属積層複合体。 The first metal layer constitutes 0.3% to 8% of the metal laminated composite in volume.
The second metal layer constitutes 8.2% to 32% of the metal laminated composite in volume.
The third metal layer constitutes 20% to 83% of the metal laminated composite in volume.
The fourth metal layer constitutes 8.2% to 32% of the metal laminated composite in volume.
The metal laminated composite according to claim 1, wherein the fifth metal layer constitutes 0.3% to 8% of the metal laminated composite by volume.
第1及び第2の内部金属層であって、前記第1の内部金属層が前記中心金属層の前記第1の側面に沿って配置され、前記第2の内部金属層が前記中心金属層の前記第2の側面に沿って配置され、それぞれがステンレス鋼から選択された良好な抵抗溶接性を有する、前記第1及び第2の内部金属層と、
第1及び第2の外部金属層であって、前記第1の外部金属層が前記第1の内部金属層に隣接し、前記第2の外部金属層が前記第2の内部金属層に隣接し、前記第1及び第2の外部金属層が、ニッケルまたはニッケル合金から選択された良好なはんだ付け性を有する、前記第1及び第2の外部金属層と、
を備え、
前記金属積層複合体の伝導性が32.4%IACS〜60.4%IACSの範囲であることを特徴とする金属積層複合体。 A central metal layer having a low electrical resistivity selected from copper or a copper alloy, wherein the metal alloy has first and second side surfaces.
The first and second internal metal layers, wherein the first internal metal layer is arranged along the first side surface of the central metal layer, and the second internal metal layer is the central metal layer. With the first and second internal metal layers arranged along the second side surface, each having good resistance weldability selected from stainless steel.
The first and second outer metal layers, wherein the first outer metal layer is adjacent to the first inner metal layer and the second outer metal layer is adjacent to the second inner metal layer. , The first and second outer metal layers have good solderability selected from nickel or nickel alloys, and the first and second outer metal layers.
With
Metal laminate composite conductive of the metal laminated composite is characterized by a range of 32.4% IACS~60.4% IACS.
前記第1及び第2の内部金属層がそれぞれ、前記金属積層複合体の8.2%〜28.6%を構成し、
前記中心層が前記金属積層複合体の40%〜83%を構成する、請求項6に記載の金属積層複合体。 In terms of volume, the first and second outer metal layers each constitute 0.3% to 8% of the metal laminated composite .
The first and second internal metal layers each constitute 8.2% to 28.6% of the metal laminated composite .
The metal laminated composite according to claim 6, wherein the central layer constitutes 40% to 83% of the metal laminated composite .
銅または銅合金から選択された低電気抵抗率を有し、第1及び第2の側面を有する中心金属層と、
第1の内部金属層及び第2の内部金属層であって、前記第1の内部金属層が前記中心金属層の前記第1の側面に沿って配置され、前記第2の内部金属層が前記中心金属層の前記第2の側面に沿って配置され、それぞれがステンレス鋼から選択された、良好な抵抗溶接性を有する、前記第1の内部金属層及び第2の内部金属層と、
第1の外部金属層及び第2の外部金属層であって、前記第1の外部金属層が前記第1の内部金属層に当接し、前記第2の外部金属層が前記第2の内部金属層に当接し、ニッケルまたはニッケル合金から選択された、良好なはんだ付け性を有する第1の外部金属層及び第2の外部金属層と、を含む層を備え、
容積において、前記第1及び第2の外部金属層が前記金属積層複合体の0.3%〜8%を構成し、前記第1及び第2の内部金属層が前記金属積層複合体の8.2%〜32%を構成し、前記中心金属層が前記金属積層複合体の32%〜83%を構成する、
前記金属積層複合体の伝導性が32.4%IACS〜60.4%IACSの範囲であることを特徴とする金属積層複合体。 In the metal laminated composite
With a central metal layer having low electrical resistivity selected from copper or copper alloys and having first and second sides,
A first internal metal layer and a second internal metal layer, the first internal metal layer being arranged along the first side surface of the central metal layer, and the second internal metal layer being said. The first internal metal layer and the second internal metal layer arranged along the second side surface of the central metal layer and each having good resistance weldability, selected from stainless steel,
A first outer metal layer and a second outer metal layer, the first outer metal layer abuts on the first inner metal layer, and the second outer metal layer is the second inner metal. A layer comprising a first outer metal layer and a second outer metal layer, which abuts the layers and is selected from nickel or nickel alloys and has good solderability.
In terms of volume, the first and second outer metal layers constitute 0.3% to 8% of the metal laminated composite, and the first and second inner metal layers are 8. It constitutes 2% to 32%, and the central metal layer constitutes 32% to 83% of the metal laminated composite .
Metal laminate composite conductive of the metal laminated composite is characterized by a range of 32.4% IACS~60.4% IACS.
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